Điều khiển ổn định áp suất máy nén khí

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
------

NHÓM 29
BÁO CÁO ĐỒ ÁN

MÔN:KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

GVHD

SVTH

TS. Lê Quang Đức
Nguyễn Ngọc Minh Hải

1051060016

Mai Văn Bi

1051060004

Võ Ngọc Đức

1051060014

TP HCM, tháng 9 năm 2013

Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

Yêu cầu đề tài:
Điều khiển ổn định áp suất máy nén khí:


Động cơ có công suất P=25HP, áp suất ổn định là 6kg/cm2.



Chọn động cơ, thiết bị, biến tần.



Điều khiển khởi động máy nén khí sử dụng bình trung gian, khi động cơ dừng thì
xả bình trung gian để khởi động dễ dàng.



Ổn định áp suất khí nén đầu ra.



Bảo vệ quá tải động cơ.



Bảo vệ quá áp suất bình chứa: dừng động cơ khi bình chứa có áp suất quá 8 bar.

TÌM HIỂU VẤN ĐỀ

I.

Đối tượng cần điều khiển ở đây là máy nén khí. Trong thực tế có rất nhiều loại máy
nén khí khác nhau như: máy nén piston, máy nén trục vít, roto cánh trượt, máy nén ly
tâm…

SVTH: NHÓM 29

Page 2


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

(tham khảo tài liệu: Hướng dẫn sử dụng năng lượng hiệu quả trong ngành công
nghiệp Châu Á-www.energyefficiencyasia.org trang 8)
Từ yêu cầu đề bài và những so sánh trên ta chọn loại máy nén trục vít. Mômen tỷ lệ
với tốc độ, có đặc tính làm việc và đặc tính cơ là:
ω

M

6s

6s

ω

t

Vấn đề ở đây cần điều khiển ổn định áp suất máy nén, cho nên trong trường hợp:
-

Áp suất đo > áp suất đặt ⇒ giảm tốc độ động cơ lại.

-

Áp suất đo < áp suất đặt ⇒ tăng tốc độ động cơ lên.

-

Áp suất đặt = áp suất đo ⇒ động cơ quay với tốc độ hiện tại.
Ta sẽ điều khiển tốc độ quay của động cơ để điều khiển máy nén khí tạo ra khí

nén cung cấp cho sử dụng với một áp suất ổn định theo yêu cầu.
Sử dụng bình trung gian để khi động cơ dừng, xả hết khí trong bình trung gian để
động cơ khởi động lại dễ dàng.
Sử dụng van 1 chiều để không cho khí đi ngược lại bình trung gian khi dừng động
cơ.
Chế độ làm việc: làm việc dài hạn.
Bảo vệ chính : bảo vệ quá tải, bảo vệ quá áp suất.
II.

GIẢI PHÁP

SVTH: NHÓM 29

Page 3


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

Theo như sơ đồ giải pháp ở trên, nhóm sẽ chọn các thiết bị chính sau:

 Biến tần của hãng FUJI.
 Máy nén khí trục vít của hãng Hertz (Đức).
 Động cơ để kéo máy nén.
 Cảm biến áp suất để đo áp suất bình chứa khí phản hồi về biến tần.
 Van 1 chiều để không cho khí đi ngược lại bình trung gian.
 Van điện từ để xả khí trong bình trung gian khi dừng động cơ.
 Bình trung gian và bình chứa khí để lưu trữ lượng khí được sinh ra.
 Relay áp suất để bảo vệ quá áp suất bình chứa khi áp suất quá 8bar.
III. CHỌN CÁC THIẾT BỊ
1. MÁY NÉN KHÍ
Mục đích: máy nén là thiết bị quan trọng nhất đối với hệ thống khí nén , bởi vì máy
nén trực tiếp sản sinh ra khí nén để cung cấp tới các thiết bị và các vị trí có nhu cầu sử
dụng khí nén.
Yêu cầu: Theo yêu cầu đề bài động cơ có công suất P = 25 HP (18.5kW), áp suất ổn
định của máy nén khí là 6kg/cm2(

).

Giải pháp: Do không có loại máy nén có công suất 18.5kW có áp suất làm như yêu cầu đề
bài (6bar) nên nhóm quyết định chọn máy nén trục vít Hertz có dầu với model HSC 18.5 có
áp suất làm việc: 7.5 đến 13 bar, có tích hợp sẵn động cơ.

SVTH: NHÓM 29

Page 4


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

(catalog “may nen khi Hertz.pdf” trang 4)
Thông số kỹ thuật:

 Hãng sản xuất: Hertz (Đức)
 Model: HSC 18.5
 Công suất động cơ: 25 HP (18.5kW)
 Áp suất làm việc : 7.5- 13 bar
 Điện áp: 380V/3 pha/50Hz
 Lưu lượng: 2.4 đến 3.3 m3/phút
 Khối lượng: 420kg
2. Bình chứa khí:

Mục đích: tích trữ khí nén mà máy nén khí sản sinh ra, và cung cấp trở lại cho hệ thống
khí nén khi có nhu cầu sử dụng .
Yêu cầu:
Nguyên tắc chọn bình chứa khí:
Dung tích bình chứa= khí nén ra từ máy nén/ phút
Máy nén đã chọn ở trên có lưu lượng 3.3 m3/phút , áp suất đường ống là 7.5bar. Do
đó, khí nén ra trên mỗi phút là: 3300/7.5 - tương đương 440 lít.

SVTH: NHÓM 29

Page 5


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

Giải pháp: Chọn bình chứa khí dung tích 500 lít.

Thông số kỹ thuật:
 Áp suất làm việc: 8 đến 50 bar
 Áp suất thiết kế: 1,25 lần áp suất làm việc.
 Dung tích: 500 lít
 Đường kính: 480mm
 Chiều cao tổng thể: 1800mm
 Bề dày tole thép SS400, CT3: 4.5mm.

3. BIẾN TẦN
Mục đích: Điều khiển động cơ máy nén khí công suất 25HP (≈ 18.5kW).
Yêu cầu:
 Chuyên dùng cho máy nén.
 Thích hợp cho tải ít thay đổi tốc độ, tải làm việc dài hạn.
 Sử dụng cho động cơ có công suất đầu ra 25HP(18.5kW)
 Điều khiển U/f

SVTH: NHÓM 29

Page 6

Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

 Điều khiển bằng biến tần của hãng FUJI.
 Áp suất ổn định 6kg/cm2.

Giải pháp :
Chọn biến tần FUJI FRENIC5000P11S Model FRN025P11S-4UX:

 Sử dụng cho máy nén khí, quạt,bơm…
 Điều khiển U/f
 Thích hợp cho tải ít thay đổi tốc độ, tải làm việc dài hạn
 Có chức năng PID

(catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 9)
Thông số kỹ thuật của biến tần:
FRN025P11S-4UX
Hãng sản xuất

Fuji

Công suất
Dòng điện vào
Dòng điện ra
Khả năng chịu quá tải
SVTH: NHÓM 29

18.5kW
33.2A
37A
110% trong 60s
Page 7


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

Điện áp đầu vào định mức
Tần số định mức
Dao động điện áp cho phép
Dao động tần số cho phép
Công suất đầu vào biến tần
Phương thức làm mát
Khối lượng
Bảo vệ

380 đến 480V
50Hz
323 đến 432V
28kVA
Quạt làm mát
10kg
Quá tải, quá áp, quá nhiệt,…

4. AC REATOR:
Mục đích: giảm sóng hài

Giải pháp: chọn cuộn kháng với Catalog No. LRAC04502

(catalog “AC REATOR.pdf” trang 7)
Thông số kỹ thuật:
SVTH: NHÓM 29

Page 8


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

 Công suất: 25÷30 HP
 Điện áp vào: 380V
 Dòng điện vào: 45A
 Tần số: 50Hz

5. DC REACTOR:
Mục đích : Làm phẳng dòng trong biến tần sau bộ chỉnh lưu
Giải pháp : Chọn DC REACTOR theo catalog biến tần có Reator type DCR4-18.5

(catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 27)
6. Chọn điện trở hãm

Mục đích: dùng để hãm tránh tăng áp khi tăng tốc và giảm tốc độ động cơ.
Yêu cầu: phù hợp với công suất của biến tần.
Giải pháp: theo khuyến cáo của biến tần chọn điện trở hãm Type DB18.5-4.

(catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf” trang 28)

SVTH: NHÓM 29

Page 9


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

7. Chọn MCCB :
Mục đích: bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực.
Yêu cầu:
–

Số cực :3

–

Dòng định mức : khoảng (1.2-1.5) Iđm

–

Điện áp : 380 V

–

Dòng cắt phải phù hợp:


Tính dòng ngắn mạch để chọn dòng cắt phù hợp: điểm ngắn mạch càng gần

nguồn thì dòng ngắn mạch càng lớn nên ta sẽ tính toán dòng ngắn mạch lớn
nhất có thể xảy ra để chọn MCCB có thể bảo vệ được hệ thống. Ta sẽ tính
toán điểm ngắn mạch phía dưới Contactor.
Chọn chiều dài đường dây : l=10m, ta có:

Rdây= 3,33mΩ/m Xdây=0,09 mΩ/m=>Zdây=(3,33+j0,07).10=(33.3+j0,9) mΩ
Rtxmccb=1,1mΩ

Rcd=5mΩ , Xcd=2.5mΩ (tra bảng 2-36, 2-42, 2-43/trang

649/CCĐ- thầy Nguyễn Xuân Phú)
Rtxcontactor=0,5mΩ

=>
Giải pháp: Chọn MCCB với DC Reator theo khuyến cáo của biến tần , nhóm chọn
loại MCCB của hãng Fuji với Type BW50SAG – CE.

SVTH: NHÓM 29

Page 10


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

(catalog “MCCB FUJI.pdf” trang 2)
Các thông số của MCCB :

 Hãng sản xuất : FUJI

 Dòng điện định mức : 40 (A)
 Dòng cắt: 7.5 (kA)
 Số cực : 3
 Điện áp: 3 pha 380V

8. Chọn MCB:
Mục đích: bảo vệ ngắn mạch ,quá tải và cách ly cho mạch điều khiển.
Yêu cầu:

 Chọn loại MCB 1p+N
 Dòng định mức phải lớn hơn dòng điện tổng của các thiết bị trong mạch
điều khiển.

 Điện áp 220V
SVTH: NHÓM 29

Page 11


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

Giải pháp: chọn MCB có mã S 201 M-C 0.5 NA

(catalog “MCB.pdf” trang 31)
Thông số kỹ thuật của MCB :

 Số cực :1 cực +N
 Dòng điện định mức : 0.5A

9. Chọn CONTACTOR:
Mục đích: đóng cắt cấp nguồn cho mạch động lực thông qua mạch điều khiển.
Yêu cầu:

 Chọn dòng định mức vào khoảng (1,3 -1,5)Iđm.
 Phù hợp với công suất của động cơ cũng như biến tần.

SVTH: NHÓM 29

Page 12


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

 Điện áp cuộn hút là 220V.
Giải pháp: Chọn contactor SC-N2/VS

(catalog “Contactor SC Fuji.pdf” trang 35 và trang 61)
Contactor có các thông số:

 Dòng điện: 40A
 Công suất : 18.5kW
 Điện áp cấp vào cuộn hút: 220-240V
 Tần số: 50Hz
10.

Chọn rơle trung gian:

SVTH: NHÓM 29

Page 13


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

Mục đích: dùng để khởi động biến tần
Yêu cầu:

 Có 2 tiếp điểm.
 Điện áp cuộn hút 220V.
Giải pháp : chọn rơle của hãng Omron MY2 220VAC (S)

Chọn đế cắm cho Relay trung gian”

(catalog “RELAY OMRON.pdf” trang 2 )
Thông số của Relay trung gian:
 Hãng sản xuất: Omron
 Loại: MY2 220VAC (S)
 Điện áp cuộn hút: 220V/50Hz
 Dòng điện định mức: 4.8mA

11.Chọn cảm biến áp suất:
SVTH: NHÓM 29

Page 14

Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

Mục đích: Do yêu cầu ổn định áp suất máy nén khí nên ta cần chọn cảm biến áp suất
để đo áp suất phản hồi về biến tần.
Yêu cầu:
 Vùng làm việc có chứa áp suất 6kg/cm2.
 Dùng cho khí

Giải pháp: Chọn cảm biến áp suất của hãng SENSYS Model Name M5151-000005010BG

Đấu nối:
SVTH: NHÓM 29

Page 15


Đồ án: Kỹ Thuật Điều Khiển Động Cơ

GVHD: TS.Lê Quang Đức

(catalog “Cam bien ap suat-M5100.pdf” trang 2,4)
Thông số kĩ thuật:
 Xuất xứ: Hàn Quốc

 Hãng sản xuất: SENSYS

 Dải áp suất : 0 ÷ 10bar

 Ngõ ra: 4~20mA (2Wire)

 Độ chính xác:

 Kiểu kết nối: Cable

 Nhiệt độ hoạt động: -40 ÷125oC

 Ứng dụng: dùng cho khí
 Khối lượng: 85g

 Điện áp vào: 9 ÷ 30VDC
12. Chọn relay áp suất:

Mục đích: Bảo vệ quá áp suất, ngắt mạch khi áp suất quá mức cho phép.
Yêu cầu: Mức đặt của relay là 8 bar.

SVTH: NHÓM 29

Page 16


Giải pháp: Chọn relay áp suất của hãng Danfoss với code no. 017-520466

(catalog “relay ap suat Danfoss.pdf” trang 3)
Thông số của Relay áp suất :

 Dải điều chỉnh điểm đặt áp suất :1-10 bar
 Áp suất làm việc tối đa :22 bar

 Áp suất thử nghiệm tối đa : 25 bar


 Reset bằng tay khi áp suất lệch : 0.3 bar
13.Chọn bộ nguồn AC-DC :
Mục đích : chuyển đổi nguồn 220VAC xuống 24VDC để cấp nguồn cho cảm biến áp
suất.
Yêu cầu :

 Điện áp đầu vào : 220VAC
 Điện áp đầu ra : 24 VDC
Giải pháp : chọn bộ nguồn S8VM-01524 của hãng Omron.

(catalog “bo nguon AC-DC.pdf” trang 2)
Bộ nguồn có các thông số :

 Điện áp vào khoảng : 100-240VAC
 Công suất : 15W
 Điện áp đầu ra :24VDC
 Dòng điện đầu ra :0.65A
14. Chọn valve điện từ :
Mục đích : Điều khiển xả khí trong bình trung gian khi động cơ dừng.
Yêu cầu :

 Nguồn cấp 220V.


 Loại van thường mở : NO.
 Dùng cho khí.
Giải pháp : chọn van điện từ YC1335BA2T

(catalog “ Solenoid_Valves.pdf” trang 8,9)
Thông số kỹ thuật :
 Điện áp cuộn hút van điện từ : 220V
 Tần số : 50Hz
 Dùng cho khí

15. Van 1 chiều :
Mục đích : chỉ cho khí đi theo 1 chiều từ bình khí trung gian sang bình khí
chính,ngăn không cho khí đi theo chiều ngược lại khi động cơ dừng.
Yêu cầu :

 Van sử dụng cho khí
 Chịu được áp suất
Giải pháp : Chọn van 1 chiều của hãng SMC với type AK2000-02


(catalog “van 1 chieu.pdf” trang 1)
Van 1 chiều AK2000-02 có thông số:

 Dùng cho khí
 Áp suất chịu được : 1,5 Mpa ( 15bar)
 Áp suất hoạt động: 0.02 MPa - 1 Mpa (0.2bar – 10bar)
16. Chọn cáp điện :
• Chọn cáp cho mạch động lực:
Mục đích: kết nối các thiết bị trong mạch động lực
Tiêu chí:

 Dòng định mức và dòng ngắn mạch

 Độ sụt áp
 Cách điện tốt, chịu nhiệt tốt
Theo khuyến cáo của Fuji chọn Cable có kích thước 5.5mm 2 cho mạch động lực.


(catalog “FUJI-FRENIC-5000-Drives.pdf ” trang 31)
Giải pháp : Chọn loại cáp CXV – 0,6/1 KV với Node là 1060308 của hãng Cadivi:


(catalog “Cable.pdf ” trang 41)
Cáp động lực có các thông số:

 Số lõi: 4
 Tiết diện : 5.5mm2
• Chọn Cable cho mạch điều khiển:
Mục đích: Kết nối các thiết bị trong mạch điều khiển với nhau.
Yêu cầu:
 Phù hợp với dòng điện của mạch điều khiển

 Độ sụt áp
 Cách điện tốt, chịu nhiệt tốt.
Giải pháp: Chọn loại cáp CXV – 0,6/1 KV với Node là 1060101 của hãng Cadivi.


(catalog “Cable.pdf ” trang 36)
Cáp điều khiển có thông số :

 Số lõi : 1
 Tiết diện :1mm2
• Chọn cáp chống nhiễu:

Mục đích: Chống nhiễu cho tín hiệu điều khiển có độ chính xác cao.
Yêu cầu: Chống nhiễu tốt
Giải pháp: Chọn loại cáp DVV/Sc của Cadivi.


(catalog “Cap chong nhieu Cadivi.pdf ” trang 5)
Các thông số cơ bản của cáp chống nhiễu:

 Số lõi: 1
 Tiết diện: 0.5 mm2
 Màng chắn đồng chống nhiễu
17.Chọn nút nhấn và đèn báo :
Nút nhấn:
Mục đích : Để khởi động, dừng động cơ, bật tắt nguồn thông qua mạch điều khiển.
Yêu cầu:

 Cách điện tốt, hoạt động tin cậy
 Sử dụng với điện áp 220 VAC
Giải pháp: chọn nút nhấn của IDEC với mã hàng YW1L-MF2E10QM3 (R, Y, G)